Giáo án Vật liệu điện

GIÁO ÁN LÍ THUYẾT SỐ: 01
Thời gian thực hiện: 03Tiết
Thực hiện: ngày tháng năm 2011
VẬT LIỆU ĐIỆN
BÀI: - KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN
- PHÂN LOẠI VẬT LIỆU ĐIỆN
MỤC TIÊU HỌC TẬP:

Sau khi học xong bài học này học sinh có khả năng:
- Hiểu được thế nào là vật liệu điện.
- Cấu tạo nguyên tử và phân tử của vật liệu điện.
- Phân loại được vật liệu điện.
ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC:

Giáo án, đề cương bài giảng.
Bảng, phấn và tài liệu tham khảo.
Thời gian: 01 phút

ỔN ĐỊNH LỚP

Số học sinh
vắng………..Tên………………………………….......................................................
………………………………………………………………………………………...
.......................................................................................................................................
III. THỰC HIỆN BÀI HỌC:
PHƯƠNG PHÁP
TT

I

Hoạt

động
của giáo
viên

Hoạt
động
của học
sinh

Đặt vấn
đề vào
bài
Nêu câu
của nó, thường là các vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện,
hỏi gợi
vật liệu bán dẫn và vật liệu dẫn từ.
mở
Thuyết
1.Cấu tạo nguyên tử của vật liệu.
trình
Nguyên tử là phần tử cơ bản nhất của vật chất. Mọi vật

Lắng
nghe,
suy nghĩ
trả lời
theo ý
hiểu, ghi
chép

NỘI DUNG GIẢNG DẠY

Khái niệm về vật liệu điện.
Khái niệm.

Vật liệu điện là tất cả những chất liệu dùng để sản suất các
thiết bị sử dụng trong lĩnh vực ngành điện. Thường được
phân ra các vật liệu theo đặc điểm, tính chất và công dụng

chất đều được cấu tạo từ nguyên tử và phân tử theo mô
hình nguyên tử của Bo.
Nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích
dương (gồm proton p và nơtron n) và các điện tử mang
điện tích âm (electron, ký hiệu là e) chuyển động xung
quanh hạt nhân theo một quỹ đạo xác định.
Nguyờn tử : Là phần nhỏ nhất của một phân tử cụ thể
tham gia phản ứng hoá học, nguyên tử gồm cú hạt nhân và
lớp vỏ điện tử

-1-

TG


- Hạt nhân : gồm có các hạt Proton và Nơrton
- Vỏ hạt nhân gồm các electron chuyển động
xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo xác định.
Tùy theo mức năng lượng mà các điện tử được xếp thành
lớp.
Ở điều kiện bình thường, nguyên tử trung hòa về

điện, tức là:
(+)hạt nhân = (-)e
Khối lượng của e rất nhỏ: me= 9,1 .10-31 (Kg)

2.Cấu tạo phân tử
Là phần nhỏ nhất của một chất ở trạng thải tự do nó
mang đầy đủ các đặc điểm, tính chất của chất đó, trong
phân tử các nguyên tử liên kết với nhau bởi liên kết hóa
học.Vật chất được cấu tạo từ nguyên, phân tử hoặc ion
theo các dạng liên kết dưới đây:
a. Liên kết đồng hóa trị
Liên kết này đặc trưng bởi sự kiện là một số điện tử
đó trở thành chung cho cỏc nguyờn tử tham gia hình thành
phõn tử.
Lấy cấu trúc của phân tử clo làm ví dụ: phân tử này
gồm 2 nguyên tử clo và như đó biết, nguyờn tử clo cú 17
điện tử, trong đó 7 điện tử ở lớp ngoài cùng (điện tử hoá
trị). Hai nguyên tử clo liên kết bền vững với nhau bằng
cách sử dụng chung hai điện tử như trên hỡnh 1.3 . Lớp
vỏ ngoài cùng của mỗi nguyên tử được bổ sung thêm một
điện tử của nguyên tử kia.










Cl    Cl    Cl  Cl 








Phân tử liên kết đồng hoá trị có thể là trung tính hoặc
cực tính. Phân tử clo thuộc loại trung tính vỡ các trung
tõm điện tích dương và điện tích dương trùng nhau.
Axit clohydric HCl là ví dụ của phân tử cực tính.
Các trung tâm điện tích dương và âm cách nhau một
khoảng và như vậy phân tử này được xem như một lưỡng
cực điện.
Tùy theo cấu trúc các phân tử đối xứng hay không
đối xứng mà chia các phân tử ra làm hai loại
- Phân tử không phân cực là phân tử mà trọng tâm
điện tích âm trùng với trọng tâm điện tích dương
- Phân tử phân cực là phân tử mà tâm điện tích âm

-2-

Thuyết
trình,
đàm
thoại.

Lắng
nghe,
suy
nghĩ,
ghi chép


cách trọng tâm điện tích dương một khoảng l
Để đặc trưng cho sự phân cực nguời ta dùng mô
men lưỡng cực
Pe = q.l
Trong đó:
q: là điện tích
l: có chiều –q đến +q và có độ lớn bằng l( khoảng cách
giữa trọng tâm điện tích dương và trọng tâm điện tích âm)
b. Liên kết Ion
Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa cỏc Ion
(+) và Ion(-). Liờn kết này chỉ xảy ra giữa các nguyờn tử
của các nguyên tố húa học tính chất khác nhau.
Đặc trưng cho dạng liên kết kim loại là liên kết giữa
các kim loại và phi kim để tạo thành muối, cụ thể là
Halogen và kim loại kiềm gọi là muối Halogen của kim
loại kiềm.
Liên kết này khá bền vững. Do vậy nhiệt độ nóng
chảy của các chất có liên kết Ion rất cao
Vớ dụ: liờn kết giữa Na và Cl trong muối NaCl là
liờn kết ion ( vỡ Na co 1 electron lớp ngoài cựng cho nờn
dễ nhường 1 electron tạo thành Na+, Cl cú 7 electron ở lớp
ngoài cựng cho nờn dễ nhận 1 electron tạo thành Cl- , hai
ion này trỏi dấu sẽ hỳt nhau và tạo thành phõn tử NaCl,

muối NaCl cú tớnh hỳt ẩm tnc =8000C, tsụi <14500C
qe = 1,601 . 10-19 (C)
Khuyết tật trong cấu tạo vật rắn.
Thực tế các mạng tinh thể có kết cấu đồng đều hay không
đồng đều, tuy nhiên trong kỹ thuật nguời ta thường sử
dụng các những vật liêuh có cấu trúc đồng đều. Sự phá
hủy các kết cấu đều và tạo nên các khuyết tật trong vật rắn
thường gặp nhiều trong thực tế. Những khuyết tật có thể
Nêu vấn
được tạo nên bằng sự ngẫu nhiên hay cố ý trong quỏ trỡnh
đề - Đàm Lắng
cụng nghệ chế tạo vật liệu.
thoại.
nghe,
Khuyết tật trong vật rắn : Là bất kỳ 1 hiên tượng nào làm
cho trường tĩnh điện của mạng tinh thể mất tính chu kỳ.
Cỏc dạng khuyết tật trong vật rắn thường là : tạp chất,
đoạn tầng, khe rónh ....
Khuyết tật trong vật dẫn thường tạo những tính chất vật lý
đặc biệt, được ứng dụng trong kỹ thuật các vật liệu và các
dụng cụ khác nhau
Ví dụ : chất bán dẫn n –p, các hợp kim điện tử.....

-3-

suy
nghĩ,
ghi chép

3.Lý thuyết phân vùng năng lượng trong
vật rắn.
Để một điện tử hóa trị ở vùng đầy trở thành trạng
thái tự do cần cung cấp cho nó một năng lượng W đủ để
vượt qua vùng cấm:
W  W (W: năng lượng vùng cấm).
Khi điện tử từ vùng đầy vượt qua vùng cấm sang
vùng tự do nó tham gia vào dũng điện dẫn. Tại vùng đầy
sẽ xuất hiện các lỗ trống (hỡnh dung như một điện tích
dương) do điện tử nhảy sang vùng tự do tạo ra. Các lỗ
trống liên tục thay đổi vỡ khi một điện tử của một vị trí bứt
ra tạo thành một lỗ trống thì một điện tử của nguyên tử ở
vị trí lân cận lại nhảy vào lấp đầy lỗ trống đó và lại tạo ra
một lỗ trống mới khác, … cứ như vậy dẫn đến các lỗ trống
liên tục được thay đổi tạo thành những cặp “điện tử lỗ’’
trong vật chất. Khi có tác động của của điện trường các lỗ
sẽ chuyển động theo chiều của điện trường giống như các
điện tích dương, cũn cỏc điện tử sẽ chuyển động theo
chiều ngược lại. Cả hai chuyển đổng này hình thành tính
dẫn điện của vật chất.
Số lượng điện tử trở thành trạng thái tự do tuỳ theo

Tinh th
tưởng

mức độ năng lượng từ cao xuống thấp.

II

Phân Loại Vật Liệu.

1.Phân loại theo khả năng dẫn điện.
-Trên cơ sở giản đồ năng lượng người ta phân loại theo vật
liệu cách điện (điện môi ), bán dẫn và dẫn điện

a. Điện môi: là chất có vùng cấm lớn đến mức ở
điều kiện bỡnh thường sự dẫn điện bằng điện tử không xảy
ra. Các điện tử hóa trị tuy được cung cấp thêm năng lượng
của chuyển động nhiệt vẫn không thể duy chuyển tới vùng
tự do để tham gia vào dũng điện dẫn. Chiều rộng vùng
cấm của điện môi W nằm trong khoảng từ 1,5 đến vài
điện tử von ( eV).

b. Bán dẫn:là chất có vùng cấm hẹp hơn so với
điện môi, vùng này có thể thay đổi nhờ tác động năng
lượng từ bên ngoài. Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé
(W=0,5-1,5eV), do đó ở nhiệt độ bỡnh thường một số
điện tử hóa trị ở vùng đầy được tiếp sức của chuyển động
nhiệt có thể di chuyển tới vùng tự do để tham gia vào dũng
điện dẫn.

-4-

Thuyết
trình

- Lắng
nghe,
suy
nghĩ,
ghi chép

c. Vật dẫn: là chất có vùng tự do nằm sát với
vùng đầy thậm chí có thể chồng lên vùng đầy (W <
0,2eV). Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự do lớn, ở
nhiệt độ bỡnh thường các điện tử hóa trị trong vùng
đầy có thể chuyển sang vùng tự do rất dễ dàng, dưới
tác dụng của lực điện trường các điện từ này tham gia
vào dũng điện dẫn, chính vì vậy vật dẫn cú tính dẫn
điện tốt.
Phân loại theo từ tính.
- Nguyên nhân chủ yếu của vật liệu gây nên từ tính là do
các điện tích chuyển động ngầm theo quĩ đạo kín tạo nên
những dũng điện vũng. Cụ thể hơn đó là do sự quay của
các điện tử xung quanh trục của chúng – spin điện tử và sự
quay theo quĩ đạo của các điện tử trong nguyên tử.

2. Phân loại theo trạng thái vật thể.
- Vật liệu điện theo trạng thái vật rắn
- Vật liệu điện theo trạng thái vật lỏng
- Vật liệu điện theo trạng thái the khi
Đưa ra
câu hỏi

III Thực hành. -Viết bài thu hoạch

Làm bài
theo nhóm

IV Củng cố kiến thức và kết thúc bài

- Nhấn mạnh trọng tâm bài giảng

V Hướng dẫn tự học
Nguồn tài liệu tham khảo.
Giáo trình vật liệu điện - Nhà xuất bản giáo dục

Ngày tháng năm 2011
Chữ ký của giáo viên

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Cao Thị Thuận

-5-


GIÁO ÁN LÍ THUYẾT SỐ: 04
Thời gian thực hiện : Tiết
Thực hiện: ngày tháng năm 2011
BÀI : VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN
- KHÁI NIỆN VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN .
- TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
MỤC TIÊU HỌC TẬP:

Sau khi học xong bài này học sinh sẽ có khả năng:
- Nắm được khái niệm về vật liệu dẫn điện, tính chất của vật liệu dẫn điện.
-Nắm được tính chất chung của kim loại và hợp kim và tầm quan trọng của
nó.
ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC:

Giáo án, đề cương bài giảng.
Bảng, phấn và tài liệu tham khảo.
Thời gian: 01 phút

ỔN ĐỊNH LỚP

Số học sinh
vắng………..Tên………………………………….......................................................
………………………………………………………………………………………...
.......................................................................................................................................
III. THỰC HIỆN BÀI HỌC:
TT

I

NỘI DUNG GIẢNG DẠY

PHƯƠNG PHÁP

Hoạt động của
giáo viên

Khái niệm và tính
chất vật liệu dẫn
GV nêu vấn đề ,
điện.
đặt câu hỏi: Theo
1.Khái niệm.
-Vật liệu dẫn điện là

vật chất mà ở trạng thái bình
thường có các điện tích tự
do. Nếu đặt chúng vào trong
một điện trường, các điện
tích sẽ chuyển động theo một
hướng nhất định của trường
và tạo thành dòng điện.

Hoạt động của
học sinh

các em thấy trong - Lắng nghe, suy
nghĩ, trả lời cầu
thực tế thì có
những vật liệu nào hỏi
có thể dẫn điện ?
Giải thích, Thuyết
trình

Người ta gọi vật liệu có tính
dẫn điện.
1. Vật liệu có tính dẫn
điện tử.
2. Vật liệu có tính dẫn
Ion

2.Tính chất của vật liệu
-6-

TG

dẫn điện.
a. Điện trở R
Là quan hệ giữa hiệu điện
thế không đổi đặt lên vật dẫn
và dòng điện chạy qua vật
dẫn đó.
Điện trở của dây dẫn được
xác định theo biểu thức:
 = R.

S
l

Trong đó: R- Điện trở ()
- Điện trở suất ( mm2/m)
S- tiết diện
2

dây dẫn (mm )
l- Chiều dài
dây dẫn(m)

b. Điện dẫn G
Điện dẫn G của một dây dẫn

Thuyết trình, đàm Lắng nghe, suy
nghĩ, trả lời câu
thoại

hỏi, ghi chép.

là đại lượng nghịch đảo của
điện trở R
1
R
Điện dẫn G được tính với

G=

đơn vị là (1/) = (S) - Simen

c. Điện trở suất 
Là điện trở của dây dẫn có
chiều dài là một đơn vị chiều
dài và tiết diện là một đơn vị
diện tích.
Dòng điện đi trong vật dẫn
được cho bởi công thức
i = no.S.vtb.e
trong đó:
no
:
nhiệt độ phần tử mang điện.
S : tiết
diện vật dẫn
vtb: tốc độ chuyển động trung
bình của điện tử dưới tác
dụng của điện trường E.
e : điện tích của phần tử

-7-


mang điện.
Thay vtb = uE (u - độ di
chuyển của phần tử mang
điện) vào (2.3), ta được dạng
tổng quát của định luật ôm:
i = no.e.u.E = E
với  = no.e.u được gọi
là điện dẫn suất.

d. Điện dẫn suất 

Thuyết trình

Đại lượng nghịch đảo của
điện dẫn suất  gọi là điện trở
suất  =

1


Với một vật dẫn có tiết diện
S và độ dài l không đổi thì 
được xác định bởi biểu thức:
 = R.

S

l

R là điện trở dây dẫn.
Đơn vị của điện trở suất là 
mm2/m hoặc cm hoặc m
hoặc cm,
1cm = 106 cm = 104
mm2/m = 10-2 m.
Từ (2.4), ta có:
R = .

l
l
=
()
S S

3.Môi
trường
ảnh
hưởng đến tính dẫn
điện của vật liệu.
a. ảnh hưởng của nhiệt
độ:
Điện trở suất của đa số kim
loại và hợp kim đều tăng
theo nhiệt độ, riêng điện trở
suất của cácbon và của dung
dịch điện phân giảm theo
nhiệt độ.

-8-

Lắng nghe, suy
nghĩ, trả lời câu
hỏi, ghi chép.


Thông thường, điện trở suất
ở nhiệt độ sử dụng t2 được
tính toán xuất phát từ nhiệt
độ t1(t1 thường là 200C) theo
công thức:
 =  [ 1+ (t2 - t1)]
t2
t1
 - là hệ số thay đổi điện trở
suất theo nhiệt độ (1/oC).
Qua nghiên cứu, người ta
thấy: Các kim loại tinh khiết
thì hệ số  gần như giống
nhau và được lấy bằng:
 = 4. 10-3 (1/oC)
Đối với khoảng chênh lệch
nhiệt độ (t2 - t1) thì  trung
bình là:
=

t  t
2

1
t ( t 2  t1)
1

b. hưởng của áp suất:
Khi kéo hoặc nén (áp suất
thay đổi) thì điện trở suất của
vật dẫn biến đổi theo biểu
thức:

Thuyết trình

 = 0. (1  k)
trong đó: 0: điện trở
suất ban đầu của mẫu.
: ứng suất cơ khí của
mẫu.
k: hệ số thay đổi của
điện trở suất theo áp suất.
dấu (+) tương ứng với
biến dạng do kéo
dấu (-) tương ứng với
biến dạng do nén
Sự thay đổi của  khi kéo
hoặc nén là do sự thay đổi
biên độ dao động của mạng
tinh thể kim loại: khi kéo thì

-9-

Lắng nghe, suy
nghĩ, trả lời câu
hỏi, ghi chép.


 tăng, khi nén thì  giảm.
c. Các yếu tố ảnh hưởng
khác:
- Tạp chất phi kim có trong
kim loại cũng có thể làm 
tăng.
- Thực nghiệm cho thấy điện
trở suất còn chịu ảnh hưởng
của trường từ và ảnh hưởng
của ánh sáng.

4. Hiệu điện thế tiếp
xúc và sức nhiệt động

Thuyết trình

Khi hai kim loại khác nhau tiếp
xúc với nhau thì giữa chúng có
một hiệu điện thế gọi là hiệu
điện thế tiếp xúc. Nguyên nhân
phát sinh hiệu điện thế tiếp xúc
là do công thoát của mỗi kim
loại khác nhau do đó số điện tử
tự do trong các kim loại (hoặc
hợp kim) không bằng nhau.

Tính chất chung của kim

Lắng nghe, suy
nghĩ, trả lời câu
hỏi, ghi chép.

loại và hợp kim.
Tầm quan trọng của kim
loại và hợp kim.
Đến ngày nay, loài người đã
biết được trên một trăm nguyên
tố hóa học, tất cả các nguyên tố
được chia làm hai loại : kim
loại và không kim loại trong dó
kim loại chiếm tới 79 nguyên
tố. Kim loại chứa nhiều nhất
trong vỏ trái đất là nhôm 7%
sau đó là sắt 5%
Trong kỹ thuật điện kim loại và
hợp kim của nó là chất liệu
không thể thiếu, nó được sử
dụng phổ biến để sản suất các
thiết bị khí cụ
điện.

II .Các tính chất
chung của kim loại
và hợp kim.

Thuyết trình

1. Tính chất lý học
- 10 -

Lắng nghe, suy
nghĩ, trả lời câu
hỏi, ghi chép


Tính chất lý học của kim loại và
hợp kim là vẻ sángmặt ngoài,
tính chảy loãng, tính dãn dài khi
đốt nóng tính dẫn nhiệt, nhiệt
dung độ dẫn điện, độ thấm từ
(tính nhiễm từ)
- Vẻ sáng của kim loại: Theo vẻ
sáng bề ngoài của kim loại có
thể chia thành kim loại đen và
kim loại màu. Kim loại đen là
các hợp kim của sắt tức là gang
và thép, còn kim loại màu là tất
cả các kim loại và hợp kim còn
lại. Kim loại không trong suốt,
ngay cả những tấm kim loại
được cán dát rất mỏng cũng
không để cho ánh sáng xuyên
qua nó được, tuy vậy kim loại
lại có độ phản chiếu ánh sáng ở
mặt ngoài của nó, mỗi kim loại
phản chiếu ánh sáng theo một

màu sắc ánh sáng riêng mà ta
quen gọi là màu của kim loại,
thí dụ đồng có màu đỏ, thiếc
màu trắng bạc, kẽm màu xám
v.v… Đôi khi trên mặt ngoài
của thép có màu khác nhau như:
vàng, xanh, tím những màu đó
không phải là màu của thép, mà
là màu của mặt ngoài thép bị
phủ một lớp oxít, lớp này tạo
nên do nhiệt cắt gọt nhiệt, ở
mỗi nhiệt độ khác nhau, lớp
oxít này có màu sắc khác nhau.
Chính nhờ sự biến màu của bề
mặt ngoài của thépmà ta có thể
phán đoán được nhiệt độ đốt
nóng của thép khi nhiệt luyện
hay rèn.
- Tính nóng chảy: Kim loại có
tính chảy loãng khi đốt nóng và
đông đặc khi làm nguội. Nhiệt
độ kim ứng với kim loại chuyển
từ thể đặc sang thể lỏng hoàn
toàn gọi là điểm nóng chảy.

Thuyết trình

Điểm nóng chảy có ý nghĩa rất

- 11 -

Lắng nghe, suy
nghĩ, trả lời câu
hỏi, ghi chép


quan trọng trong công nghệ
đúc, vì khi đúc ta phải nấu chảy
loãng kim loại ra để rót vào đầy
khuôn, trong công nghệ điểm
nóng chảy cũng có ý nghĩa quan
trọng. Điểm nóng chảy của
nhiều hợp kim lại khác điểm
nóng chảy của từng kim loại tạo
nên hợp kim đó.
- Tính dẫn nhiệt: là tính chất
truyền nhiệt của kim loại khi bị
đốt nóng hoặc làm lạnh, kim
loại có tính chất dẫn nhiệt tốt
thì càng dễ đốt nóng nhanh và
đồng đều, cũng như càng dễ
nguội nhanh. Các vật có tính
dẫn nhiệt kém muốn đốt nóng
hoàn toàn phải mất nhiều thời
gian và nếu làm nguội quá
nhanh có thể gây nên nứt, vỡ.
- Tính dãn nở nhiệt: Chỉ có một
số kim loại có tính nhiễm từ,
tức là nó bị từ hóa sau khi được
đặt trong một từ trường. Sắt và

hầu hết các hợp kim của sắt đều
có tính nhiễm từ. Niken và
Côban cũng có tính nhiễm từ và
được gọi là chất sắt từ. Còn hầu
hết các kim loại khác không có
tính nhiễm từ.

b. Tính chất hóa học
Tính chất hóa học biểu thị khả
năng của kim loại và hợp kim
chống lại tác dụng hóa học và
các môi trường có hoạt tính

Thuyết trình

khác nhau. Tính chất hóa học
của kim loại và hợp kim biểu
thị ở hai dạng:
- Tính chống ăn mòn: Là khả
năng chống lại sự ăn mòn của
hơi nước hay oxy của không khí
ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ
cao.
- Tính chịu axít: là khả năng
chống lại tác dụng của môi

- 12 -

Lắng nghe, suy
nghĩ, trả lời câu

hỏi, ghi chép


trường axít

c. Tính chất cơ học
Thông thường đặc tính cơ được
đặc trưng bằng giới
hạn bền kéo và độ giãn nở dài
tương đối khi đứt l/l.
Trên hình 2.2 trình bày hai
đường cong
của dây dẫn làm bằng vật dẫn bị
kéo: đường1
ứng với dây sản xuất bằng cách
kéo nguội, đường2
ứng với dây đã được ủ, ảnh
hưởng của việc ủ dây
làm giảm giới hạn bền kéo 1,5
 2 lần và tăng
độ giãn dài tương đối khi đứt
lên 15  20 lần.

III
IV

Củng cố kiến thức và
kết thúc bài.
Thực hành

V
Hướng dẫn tự học
Nguồn tài liệu tham khảo

Nhấn mạnh lại nội dung toàn bài học
Viết bài thu hoạch theo nội dung bài học

viết câu hỏi về nhà ôn tập
Giáo trình vật lệu điện - nhà xuất bản Giỏo dục

Ngày tháng năm 2011
Chữ ký của giáo viên

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Cao Thị Thuận

- 13 -


GIÁO ÁN LÍ THUYẾT SỐ: 05
Thời gian thực hiện: Tiết
Thực hiện ngày tháng năm 2011
BÀI: NHỮNG HƯ HỎNG THƯỜNG VÀ CÁCH CHỌN VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN.
- MỘT SỐ VẬT LIỆU THÔNG DỤNG
MỤC TIÊU HỌC TẬP:

Sau khi học xong bài này học sinh sẽ có khả năng:
- Xác định được những nguyên nhân gây ra hư hỏng và có phương án thay thế khả
thi các loại vật liệu điện thường dùng

-Biết và trình bày được đặc điểm , tính chất của một số vật liệu dẫn điện thông dụng
như: Đồng và hợp chất của Đồng; Nhôm và hợp kim của nhôm; Chì và hợp chất
của chì; sắt( Thép); Wonfram; Kim loại dùng làm tiếp điểm và cồ góp;Hợp kim có
điện trở cao và chịu nhiệt; Lưỡng kim.
ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC:

Giáo án, đề cương bài giảng.
Bảng, phấn và tài liệu tham khảo.
Thời gian: 01 phút
ỔN ĐỊNH LỚP
Số học sinh
vắng………..Tên………………………………….......................................................
………………………………………………………………………………………...
.......................................................................................................................................
III. THỰC HIỆN BÀI HỌC:
TT
1

NỘI DUNG GIẢNG DẠY
2

I

NHỮNG HƯ HỎNG
THƯỜNG GẶP VÀ
CÁCH CHỌN VẬT
LIỆU DẪN ĐIỆN
1. Những hư hỏng
thường gặp

PHƯƠNG PHÁP

Hoạt động của
giáo viên

Nêu vấn đề
Thuyết trình

Trong vật liệu dẫn điện thường
gặp những hiện tượng hư hỏng
sau:
- Tính dẫn điện của chúng
giảm đi đáng kể sau thời gian
làm việc lâu dài
- Hay bị gẫy hoặc bị biến dạng
do chịu tác dụng của lực cơ
khí, lực điện động và nhiệt độ
cao gây ra

- 14 -

Hoạt động của học
sinh

Lắng nghe, suy nghĩ
và ghi chép.

TG
4

- Bị ăn mòn hóa học do tác
dụng của môi trường hoặc của
các dung môi
2. Cách chọn vật liệu dẫn
điện
Chọn vật liệu dẫn điện phải
đảm bảo được các yếu cầu về
tính chất lý hóa, phải phù hợp
cho việc sử dụng vật liệu,

Giảng giải Đàm thoại.

Lắng nghe, suy nghĩ
và ghi chép, trả lời
câu hỏi

thông thường phải đảm bảo
được các yêu cầu sau:
- Độ dẫn điện phải tốt
- Có sức bền cơ khí, đảm bảo
được điều kiện ổn định và ổn
định nhiệt
- Có khả năng kết hợp được
với các kim loại khác thành
hợp kim
- Phải đảm bảo được tính chất
lý học như: tính nóng chảy,
tính dẫn nhiệt, tính dãn nở
nhiệt

- Đảm bảo được tính chất hóa
học: tính chống ăn mòn do tác
dụng của môi trường và các
dung môi gây ra.
- Đảm bảo được tính chất cơ
học

II

MỘT SỐ VẬT LIỆU
DẪN ĐIỆN THÔNG
DỤNG

Nêu vấn đề,
thuyết trình

- Lắng nghe, suy nghĩ,
ghi chép

Kim loại có điện trở suất
 nhỏ (hay điện dẫn suất  lớn)
là vật dẫn điện tốt. Đồng,
nhôm, sắt, kẽm, vàng, bạc...và
hợp kim của chúng là những
chất dẫn điện tốt.

1. Đồng và hợp kim của
đồng

Thuyết trình,

Giảng giải,đàm
- 15 -

Lắng nghe, suy nghĩ,
ghi chép


a. Đồng (Cu)

thoại

Đồng là vật liệu dẫn điện
quan trọng nhất trong tất cả các
vật liệu dẫn điện dùng trong kỹ
thuật điện vì nó cónhững ưu điểm
nổi trội so với các vật liệu dẫn
điện khác
- Đặc tính chung:
- Là kim loại có màu đỏ
nhạt sáng rực

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

Lắng nghe, suy nghĩ,
ghi chép

Thuyết trình,

Lắng nghe, suy nghĩ,

- Điện trở suất Cu nhỏ
(chỉ lớn hơn so với bạc Ag nhưng
do bạc đắt tiền hơn nên ít được
dùng so với đồng).
- Có sức bền cơ giới đủ
lớn.
- Trong đa số trường hợp
có thể chịu được tác dụng ăn mòn
cósức đề kháng tốt đối với sự ăn
mòn)
- Dễ gia cụng: cỏn mỏng
thành lỏ, kộo thành sợi.
- Dễ uốn, dễ hàn.
- Có khả năng tạo thành
hợp kim tốt.
- Là kim loại hiếm chỉ
chiếm khoảng 0,01% trong
lũng đất
Đồng dùng trong kỹ thuật
điện phải được tinh luyện bằng
điện phân, tạp chất lẫn trong
đồng dù một lượng rất nhỏ thỡ
tớnh dẫn điện của nó cũng giảm
đi đáng kể.
Qua nghiên cứu, người ta
thấy rằng: nếu trong đồng có
0,5% Zn, Ni hay Al thỡ điện dẫn
suất của nó (Cu) giảm đi 25% 

40% và nếu trong đồng có 0,5%
Ba, As, P, Si thỡ cú thể giảm đến
55%.
Vỡ vậy để làm vật dẫn,
thường chỉ dùng đồng điện phân
chứa trên 99,9% Cu.
- Điện trở suất và các yếu tố ảnh

- 16 -


hưởng đến điện trở suất
Đồng được tiêu chuẩn hóa trên
thị trường quốc tế ở 200C cú:

Giảng giải,đàm
thoại

ghi chép

-  = 1,7241.10-6(.cm)
-  = 0,58.106 (1/.cm)
-  = 0,00393 (1/0C)
Các yếu tố ảnh hưởng đến điện
trở suất
- ảnh hưởng của các tạp
chất
- ảnh hưởng của gia công
cơ khí
- ảnh hưởng của quá

trỡnh sử lý nhiệt
Nhỡn chung cỏc ảnh hưởng trên
đều giảm điện dẫn suất của đồng.
-Phân loại:
- Đồng khi kéo nguội
được gọi là đồng cứng: nó có
sức bền cao, độ gión dài nhỏ,
rắn và đàn hồi (khi uốn).
- Đồng được nung nóng
rồi để nguội gọi là đồng
mềm: nó ít rắn hơn đồng
cứng, sức bền cơ giới kém,
độ gión khi đứt rất lớn và có

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

Lắng nghe, ghi chép

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

Lắng nghe, ghi chép

.

điện dẫn suất  cao.
- Đồng được sử dụng trong

công nghiệp là loại đồng
tinh chế, nó được phân
loại trên cơ sở các tạp chất
có trong đồng tức là mức
độ tinh khiết.
- Ứng dụng:
- Đồng cứng được dùng ở
những nơi cần sức bền cơ giới
cao, chịu được mài mũn như làm
cổ góp điện, các thanh dẫn ở tủ
phân phối, các thanh cái các trạm
biến áp, các lưỡi dao chính của
cầu dao, các tiếp điểm của thiết bị
bảo vệ...
- Đồng mềm được dùng
ở những nơi cần độ uốn lớn và
sức bền cơ giới cao như: ruột dẫn
điện cáp, thanh góp điện áp cao,

- 17 -


dây dẫn điện, dây quấn trong các
máy điện.
b. Hợp kim của đồng
Hợp kim trong đó vật liệu đồng là
thành phần cơ bản, có đặc điểm
là sức bền cơ khí lớn, độ cứng
cao, có độ dai tốt, màu đẹp và có
tính chất dễ nóng chảy.

Hợp kim của đồng có thể đúc
thành các dạng bỡnh phức tạp;
người ta dễ dàng gia công trên
máy công cụ và cỏ thể phủ lên bề
mặt của các kim loại khác theo
phương pháp mạ điện. Những
hợp kim chính của đồng được sử
dụng trong kỹ thuật điện là: Đồng
thanh, đồng thau, các hợp kim
dùng làm điện trở.
Ngoài việc dựng đồng
tinh khiết để làm vật dẫn, người
ta cũn dựng cỏc hợp kim của
đồng với các chất khác như:
thiếc, silic, phốtpho, bêrili, crôm,
mangan, cadmi..., trong đó đồng
chiếm vị trí cơ bản, cũn cỏc chất
khỏc cú hàm lượng thấp. Căn cứ
vào lượng và thành phần các chất
chứa trong đồng, người ta chia
hợp kim của đồng thành các dạng
chủ yếu như sau:

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

Lắng nghe, suy nghĩ ,
ghi chép

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

Lắng nghe, suy nghĩ,
ghi chép

- Đồng thanh (đồng đỏ):
- Đồng thau:

2

Nhôm và hợp kim của
nhôm
a. Nhôm (Al)
- Đặc tính chung:
Sau đồng, nhôm là vật liệu
dẫn điện quan trọng thứ hai được
sử dụng trong kỹ thuật điện
Là kim loại màu trắng bạc,
rất mềm, rất ít đề kháng khi va
chạm và xây xát, có trọng lượng
riêng nhỏ ( nhẹ). Chiếm 7,5%
trong vỏ trái đất ( nhiều nhất

- 18 -


trong các kim loại)
- Có điện dẫn suất và

nhiệt dẫn cao, chỉ sau Ag
và Cu
- Gia cụng dễ dàng khi
núng và khi nguội
- Có sức bền đối với sự
ăn mũn do cú lớp oxit rất mỏng
tạo ra khi tiếp xỳc với khụng khớ.
- Sức bền cơ khí tương
đối bé
- Lớp oxit có điện dẫn
lớn nên khi khó khăn cho
việc tiếp xúc.

- Điện trở suất và các yếu tố
ảnh hưởng đến điện trở suất
Điện trở suất của nhôm ở

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

0

20 C là 2,941.10-6(.cm). Hệ số
thay đổi điện trở suất theo nhiệt
độ  = 0,004- 0,0049 (1/0C) tùy
thuộc vào mức độ tinh khiết, điện
dẫn suất  = 0,34.106 (1/.cm)

-Phân loại:

Nhôm dùng trong công
nghiệp được phân loại trên cơ sở
tỷ lệ phần trăm của kim loại tinh
khiết và tạp chất. Nhôm được sử
dụng làm dây dẫn điện trong kỹ
thuật điện thường phải đảm bảo
tinh khiết, tối thiểu 99,5% Al, các
tạp chất khác như sắt, silic tối đa
là 0,45%, đồng và kẽm tối đa là
0,05%.
- Ứng dụng:
Trong kỹ thuật điện, nhôm được
sử dụng phổ biến để chế tạo:
Dõy dẫn điện đi trên không để
truyền tải điện năng.
Ruột cáp điện.
Các thanh ghép và chi tiết cho
trang thiết bị điện.
Dây quấn trong các máy điện.
Các lá nhôm để làm tụ điện, lừi
dẫn từ mỏy biến ỏp, cỏc rụto của

- 19 -

Lắng nghe, suy nghĩ ,
ghi chép


động cơ điện,...
2. Hợp kim của nhôm

Nhômcónhiều

hợp

kim

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

Lắng nghe, suy nghĩ ,
ghi chép

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

Lắng nghe, suy nghĩ,
ghi chép

dùng để đúc và để kéo dây dẫn
điện.
Các hợp kim chính của nhôm
dùng để đúc có thể là những loại
sau:
Al-Zn-Cu, Al-Cu, Al-Cu-Ni, AlSi, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg, Al-Mg,
Al-Mg-Mn.
Một hợp kim được dùng
phổ biến để chế tạo dây dẫn là
hợp kim "aldrey". Chỳng là hợp

kim

của

nhụm

với

(0,30,5)%Mg, (0,40,7)% Si,
(0,20,3)% Fe. Tổ hợp làm cho
hợp kim có tính chất cơ khí tốt.
Dây dẫn bằng hợp kim loại
"aldrey" nhận được thông qua
việc tôi hợp kim (nung nóng đến
5006000C), kéo nó thành sợi ở
kích thước mong muốn và làm
già húa nhõn tạo bằng nung núng
1502000C. Sức bền của dõy dẫn
"aldrey" lớn gấp khoảng 2 lần so
với dõy dẫn Al tinh khiết. Vỡ
vậy, khi dựng dõy dẫn "aldrey"
cú thể tăng khoảng cách giữa các
cột của đường dây trên không,
giảm chi phí xây dựng đáng kể.

3

Chì và hợp kim của chì
Chì được tinh luyện từ các mỏ có
trong tự nhiên như: Galen (PbS),

Xezurit
(PbCO3),
Anglezit
(PbSO4)...Có thể thu được chỡ ở
mức độ tinh khiết (9299,94%).
Chì là kim loại có màu tro
sáng, rất mềm, có thể uốn cong,
dát mỏng dễ dàng hoặc cắt bằng
dao cắt cụng nghiệp, nhiệt độ
nóng chảy thấp.
Chí có điện trở suất cao 

- 20 -


= 0,21 mm2/m và nhiệt dẫn suất
nhỏ. Nó là vật liệu bảo vệ tốt nhất
đối với sự xuyên thủng của tia X
(tia Rơntgen).
Một

lớp

chì

dày

1mm

ở

200300kV có tác dụng bảo vệ
như một lớp thép dày 11,5mm
hay một lớp gạch có chiều dày
110mm.
Chì và hợp kim của nó được
dùng để làm lớp vỏ bảo vệ ở cáp
điện nhằm chống lại ẩm ướt.
Chì cũng được dùng để chế tạo
các bản cực của acquy, dùng để
làm dây chảy bảo vệ các đường
dây dẫn điện và các thiết bị điện.

4

Sắt và hợp kim của sắt
Trong vỏ quả đất, sắt là kim loại
có nhiều thứ hai, sau Al (khoảng
5%).
Sắt được sản xuất tương đối dễ
dàng nên giá thành hạ so với các
kim loại khác. Trên cơ sở tỷ lệ
Cacbon chứa trong sắt mà người
ta phân thành:

Thuyết trình,
Giảng giải,đàm
thoại

Lắngnghe,suy

nghĩ,ghi chép

- Gang: là sắt chứa tỷ lệ (1,7 
4,5)% C
- Thép: là sắt chứa tỷ lệ (0,5 
1,7)% C
- Sắt rốn: là sắt chứa tỷ lệ dưới
0,5% C

5

Wofram (W)
Wofram (Tungsten) tìm

Thuyết trình

thấy trong tự nhiên dưới dạng
mỏ: Woframit (FeOMnO)WO3,
quặng selit (CaOWO3), thông qua
các phản ứng hóa học khác nhau,
các quặng này chuyển thành
Trioxyt Wofram (WO3) rồi điều
chế từ đây được Wofram (W)
thông qua điện phân ở nhiệt độ

- 21 -

Lắngnghe,suynghĩ,ghi
chép

cao 1050  13000C.
Wofram là một kim loại có
sức bền đứt và độ cứng rất cao,
nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong
số tất cả các kim loại được sử
dụng trong kỹ thuật điện, được
chế tạo thành sợi tóc trong các
bóng đèn điện sợi đốt, chế tạo các
điện trở phát nóng cho các lũ
điện,...Tuy nhiên, để cản trở sự
oxyt hóa dây tóc và sự bay hơi
của nó, các bóng đèn nung sáng
được thực hiện trong chân không
hay với môi trường khí trơ
(argon, nitơ), khi đó có thể làm
việc ở 23000C.
Wofram tinh khiết (99,5 
99,8%) cũn được dùng để chế tạo
các tiếp điểm điện có dũng điện
nhỏ. Đối với tiếp điểm điện ở
công suất lớn (dũng điện lớn),
người ta dùng hợp kim của
Wofram với bạc hay Wofram với
đồng nén lại.

6

VẬT LIỆU DÙNG LÀM TIẾP
ĐIỂM VÀ CỔ GÓP

a. Yêu cầu đối với vật liệu làm

Giảng giải,đàm Lắngnghe,suynghĩ
thoại
,ghi chép

tiếp điểm
- Có sức bền cỏ khí và độ rắn tốt
( tuổi thọ cao)
- Có điện dẫn suất và dẫn nhiệt
tốt để không nóng quá nhiệt độ
cho phép khi những tiếp điểm
này có dũng điện định mức đi
qua
- Có sức bền đối với sự ăn mòn
do các tác nhân bên ngoài (
Nước, không khí ẩm …..)
- Có nhiệt độ nóng chảy và hóa
hơi cao, ôxi của nó phải có điện
dẫn suất lớn ( tức là để có thể

- 22 -


chịu được dũng ngắn mạch cao,
Rtx nhỏ)
- Gia cong dễ dàngm giỏ thành hạ
Bên cạnh những điểm nêu trên,
nó phải thỏa món cỏc điều kiện
tùy thuộc và dạng tiếp điểm ( có

3 dạng tiếp điểm cố định, di động
và trượt)
+ Với tiếp điểm cô định: Phải có
sức bền nén đẻ có thể chịu được
áp suất lớn, ( lực ấn lớn), phải có
điện trở ổn định trong thời gian
làm việc lâu dài (Rtx ổn định )
+Với tiếp điểm di động: Chúng
làm việc theo cách ấn ( đóng và
mở các MC điện, Công tắc tơ,
Rơle điện …) , phải có sức bền
đối với sự ăn mũn do tỏc động cơ
khí khi đóng mở, phải có sức bền
đối với sự tác động của hồ quang
không bị hàn chặt.
+ Với tiếp điểm trượt: Chúng làm
việc theo cách trượt như: Cổ góp
máy điện, DCL… Phải có sức
bền đối với sự mài mũn cơ khí do
ma sát
b. Sức bền của các tiếp điểm và
các yếu tố ảnh hưởng tới sức
bền

Giảng giải,đàm
thoại

. Bản chất bề mặt
- Điện trở của tiếp điểm càng lớn
khi điện trở suất của vật liệu càng

lớn và điện trở càng nhỏ khi ứng
suất của vật liệu càng nhỏ, vỡ vật
liệu càng mềm thỡ sự biến dạng
của vật liệu càng dễ dàng và số
lượng điểm tiếp xúc càng lớn, tức
là tổng bề mặt tiếp xúc càng tăng
lên
- Khi phụ tải thay đổi hay ngắn
mạch, sẽ sinh ra ứng suất rất lớn
sẽ làm yếu tiếp điểm
- Bản chất của vật liệu và những

- 23 -

Lắng nghe, suy nghĩ,
ghi chép


điều kiện làm việc ảnh hưởng đến
sự ăn mũn cỏc tiếp điểm ( Tác
động của không khí, nước, hóa
chất …) tạo nên trên bề mặt tiếp
xúc lớp làm xấu tính chất dẫn
điện, do đó Rtx tăng lên
Để tránh ăn mũn , người ta ngăn
không cho không khí ẩm xâm
nhập hay bảo vệ các tiếp điểm
bằng phương pháp mạ điện ( mạ
thiếc hay bạc đối với đồng)
c. Vật liệu làm tiếp điểm

- Vật liệu làm tiếp điểm cố định
thường sử dụng đồng, nhôm , sắt
…
- Đồng và hợp kim của nó có
phẩm chất cứng nên có thể sử
dụng ở đièu kiện bỡnh thường. để
có sức bền đối với sự ăn mũn
được tốt, người ta bọc Ni tẩm
Silic mạ Ag
- Nhôm có sức bền cơ giới thấp,
nên không dùng ở nơi có dũng
điện ngắn mạch lớn.

Giảng giải,đàm
thoại

- Thộp cú  lớn do đó chỉ dùng
khi Công suất bé và điện áp lớn (
dũng điện bé)
- Vật liệu lam tiếp điểm di động
- Platin: Có tính ổn định cao đối
với sự ăn mon rong khụng khớ do
khụng tạo màng oxi nờn đảm bảo
độ ổn định cho tiếp điểm dẫn tới
Rtx nhỏ
- Bạc: Bạc tinh khiết ít dùng làm
tiếp điểm vỡ bị hồ quang ăn mũn.
Tiếp điẻm hợp kim Ag và Cu có
độ cứng cao và ăn mũn nhỏ
thường được sử dụng.

- Ngoài ra cũn dựng W, Mo, làm
vật liệu tiếp điểm.
-. Vật liệu làm tiếp điểm trượt
- Cu và hợp kim của nó: dùng ở
tiếp điểm DCL, tiếp điểm MCĐ,
Cổ góp KCĐ: máy khoan, máy
điện một chiều…

- 24 -

Lắng nghe, suy nghĩ ,
ghi chép


- Al dựng làm tiếp điểm của các
phương tiện vận tải bằng điện
( xe điện)
- C dùng trong các chi tiết KCĐ,
các phương tiện vận tải bằng điện
vỡ nó không ăn mòn dây dẫn điện
và có tuổi thọ khá cao.
-. Vật liệu làm tiếp điểm có công
suất lớn ( MCĐ có U cao)
- Là các vật liệu tổng hợp, chúng
được tạo nên từ những kim loại
khó nóng chảy với kim loại dẫn
điện tốt, một kim loại dẫn điện tốt
còn kim loại kia có sức bền cỏ
khá lớn. Những vật liệu này gồm
Ag- W, Ag- Ni, Cu- Ni.

- Được sử dụng ở những tiếp
điểm có công suất lớn, áp suất
tiếp xúc lớn và có độ cứng cao.

7

Hợp kim dùng làm điện
trở
Hợp kim dùng làm điện trở

Giảng giải,đàm
Lắng nghe, suy nghĩ,
thoại
chép bài

chính xác và dùng làm bộ biến
trở
- Hợp kim loại Mangan, thành
phần: 86% Cu,

2% Ni, 12%

MnĐặc điểm: có sức nhiệt điện
động nhỏ
ứng dụng: Chế tạo các điện trở
chính xác vỡ nú khụng làm sai
lệch kết quả đo lường ở những
nhiệt độ khác nhau và những
dũng điện khác nhau.
- Hợp kim loại Constantan, thành

phần: 60% Cu, 40% Ni,
Đặc điểm: Hệ số biến đổi theo
điện trở suất rất nhỏ
ứng dụng: Dựng làm biến trở và
phần tử nung núng

8

LƯỠNG KIM LOẠI
- Khỏi niệm
Nguời ta gọi những sản phẩm
dùng vật liệu lưỡng kim loại là

Giảng giải,đàm
thoại

- 25 -

Lắng nghe, suy nghĩ,
chép bài